宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(胆小虫几级进化 胆小虫值得练吗wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的(胆小虫几级进化 胆小虫值得练吗de)是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hò胆小虫几级进化 胆小虫值得练吗u)，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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